本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)燃料低溫重整新型燃燒模式與裝置，具體設(shè)計(jì)一種利用一個(gè)外置燃料重整器低溫(T<1000K)重整燃料，通過控制該外置重整器的邊界條件(溫度、壓力、當(dāng)量比等)將燃料重整成不同活性的低溫氧化產(chǎn)物(醛類、酮類、過氧化物等)，而后根據(jù)實(shí)際工況條件將重整后不同活性的混合氣導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)中參與燃燒的裝置系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前內(nèi)燃機(jī)依舊在交通運(yùn)輸中占有絕對(duì)主導(dǎo)地位，然而隨著近些年能源的逐漸枯竭、環(huán)境的日趨惡化，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的燃燒模式顯然已經(jīng)滿足不了能源以及環(huán)境的要求。因此就內(nèi)燃機(jī)而言，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者針對(duì)燃燒技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究并提出了一些新型燃燒模式，如均質(zhì)壓燃(HCCI)、低溫燃燒(LTC)和部分預(yù)混合燃燒(PPC)等[1-9]。美國(guó)Wi scons in大學(xué)Reitz等人[10]提出的基于活性控制的壓燃燃燒技術(shù)(RCCI)，則是采用兩種活性燃料如汽油、柴油雙燃料方式，通過調(diào)控兩種燃料比例實(shí)現(xiàn)混合氣活性控制，從而可以大大拓寬發(fā)動(dòng)機(jī)高效清潔運(yùn)行工況范圍，但該燃燒技術(shù)的缺點(diǎn)是需要采用兩種燃料，安裝兩個(gè)油箱和兩套燃油系統(tǒng)。伯明翰大學(xué)的Tsolakis等人[11]利用一臺(tái)自制的外置重整裝置催化重整燃料成CO和H2，再將重整后的混合氣與新鮮燃料混合導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)工作缸內(nèi)參與燃燒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放及油耗得到改善。天津大學(xué)的王洋等人[12]提出FCE(Flexible Cylinder Engine)發(fā)動(dòng)機(jī)新型燃燒策略，該策略是將燃料不加催化劑低溫重整成不同活性的低溫重整產(chǎn)物來改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒狀態(tài)，該策略已經(jīng)得到理論驗(yàn)證。實(shí)際上，燃料重整這種新型燃燒方式是可以僅利用一種燃料來實(shí)現(xiàn)雙燃料燃燒策略的效果，也就是說將燃料重整成不同活性的物質(zhì)再與新鮮燃料混合燃燒，可以實(shí)現(xiàn)混合氣活性及濃度分層，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀態(tài)。

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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種外置重整器低溫重整裝置。主體部分將一款自制的外置燃料低溫重整裝置連接發(fā)動(dòng)機(jī)，重整裝置中的低溫重整氣與新鮮空氣混合導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)中參與燃燒。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在不同工況條件下，通過控制外置重整器相應(yīng)的重整反應(yīng)邊界條件，可以排出不同氧化階段不同活性的混合氣，再結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)噴油器直噴的燃料，可以實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)混合氣活性與濃度分層，改變?nèi)加腿紵磻?yīng)的反應(yīng)路徑，可以有效拓寬高效清潔燃燒范圍。本發(fā)明只需要采用簡(jiǎn)單的氧化反應(yīng)后處理器即可以滿足歐VI排放法規(guī)的要求。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種基于發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合外置重整器的新型低溫燃料重整裝置，包括發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸、一臺(tái)外置低溫燃料重整器、空氣進(jìn)氣管和燃料進(jìn)樣管，所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸連接有發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管，所述外置低溫燃料重整器纏繞有電加熱絲，并設(shè)有第一溫控表；所述空氣進(jìn)氣管的一端和所述燃料進(jìn)樣管的一端均連接至所述外置低溫燃料重整器的進(jìn)口；所述空氣進(jìn)氣管的另一端連接至一空氣瓶，所述空氣進(jìn)氣管上設(shè)有氣體流量計(jì)；所述燃料進(jìn)樣管的另一端連接至一燃料注射泵，所述燃料進(jìn)樣管上設(shè)有燃料汽化罐，所述燃料汽化罐設(shè)有第二溫控表；所述外置低溫燃料重整器的出口通過重整氣氣管與所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管相連；所述重整氣氣管上、并位于臨近外置低溫燃料重整器的出口處設(shè)有一熱電偶；初始燃料由所述燃料注射泵以勻速經(jīng)燃料進(jìn)樣管進(jìn)入到燃料汽化罐中進(jìn)行汽化，汽化后的燃料導(dǎo)入所述外置低溫燃料重整器中，與此同時(shí)，由所述空氣瓶提供的新鮮空氣在氣體流量計(jì)調(diào)控流量下經(jīng)空氣進(jìn)氣管進(jìn)入到所述外置低溫燃料重整器中；在所述外置低溫燃料重整器中，汽化后的燃料與新鮮空氣混合進(jìn)行低溫重整形成低溫產(chǎn)物；重整后的低溫產(chǎn)物經(jīng)過重整氣氣管進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中，再次與新鮮空氣混合形成均勻混合氣導(dǎo)入到所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中，并與缸內(nèi)直噴的燃料混合燃燒實(shí)現(xiàn)混合氣活性及濃度分層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提出一套不加催化劑燃料重整的外置低溫燃料重整系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況特點(diǎn)，對(duì)外置重整器中的燃料進(jìn)行低溫重整，通過控制燃油與空氣反應(yīng)的邊界條件，該重整裝置排出不同氧化階段的部分中間產(chǎn)物或完全氧化產(chǎn)物，使其與空氣(或者EGR與空氣的混合氣)混合，導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中，再結(jié)合缸內(nèi)直噴的燃料，可以實(shí)現(xiàn)混合氣活性及濃度分層協(xié)同控制的高效清潔燃燒。本發(fā)明將燃料經(jīng)外置重整器低溫重整，重整后的低溫重整產(chǎn)物與新鮮空氣均勻混合導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)，而后與工作缸噴入的新鮮燃料混合燃燒，實(shí)現(xiàn)了燃油燃燒氧化反應(yīng)反應(yīng)路徑可調(diào)控制，從而實(shí)現(xiàn)高效清潔燃燒的目標(biāo)。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在不同轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等工況條件下，通過控制外置重整器相應(yīng)的重整反應(yīng)邊界條件，可以改變?nèi)加腿紵磻?yīng)反應(yīng)路徑，獲得不同活性的重整混合氣，可以有效拓寬高效清潔燃燒范圍。本發(fā)明只需要采用簡(jiǎn)單的氧化反應(yīng)后處理器即可以滿足歐VI排放法規(guī)的要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合外置重整器的新型低溫燃料重整裝置結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。

圖中：

1-發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸 2-發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管 3-發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管

4-重整氣氣管 5-熱電偶 6-外置低溫燃料重整器

7-電加熱絲 8-第一溫控表 9-燃料汽化罐

10-第二溫控表 11-空氣進(jìn)氣管 12-流量計(jì)

13-空氣瓶 14-燃料注射泵 15-燃料進(jìn)樣管

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋說明，并不用以限制本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提出的一種基于發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合外置重整器的新型低溫燃料重整裝置，由發(fā)動(dòng)機(jī)主體和外置低溫燃料重整器兩部分組成，即包括發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸1、一臺(tái)外置低溫燃料重整器6、空氣進(jìn)氣管11和燃料進(jìn)樣管15。

所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸1連接有發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管3和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管2。

所述空氣進(jìn)氣管11的一端和所述燃料進(jìn)樣管15的一端均連接至所述外置低溫燃料重整器6的進(jìn)口；所述空氣進(jìn)氣管11的另一端連接至一空氣瓶13，所述空氣進(jìn)氣管11上設(shè)有氣體流量計(jì)12，所述氣體流量計(jì)12調(diào)控進(jìn)入外置低溫燃料重整器6的空氣量。

所述燃料進(jìn)樣管15的另一端連接至一燃料注射泵14，所述燃料注射泵14按照規(guī)定重整當(dāng)量比勻速進(jìn)樣燃料，所述燃料進(jìn)樣管15上設(shè)有燃料汽化罐9，所述燃料汽化罐9用以汽化來自燃料進(jìn)樣管15的待重整的液體燃料，使其在一定溫度下變成汽態(tài)，所述燃料汽化罐9設(shè)有第二溫控表10，所述燃料汽化罐9上的電加熱絲由第二溫控表10控制其加熱溫度，并與位于燃料汽化罐9上的熱電偶進(jìn)行閉環(huán)溫度控制。

所述外置低溫燃料重整器6纏繞有電加熱絲7，并設(shè)有第一溫控表8；所述外置低溫燃料重整器6的出口通過重整氣氣管4與所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管3相連；所述重整氣氣管4上、并位于臨近外置低溫燃料重整器6的出口處設(shè)有一熱電偶5，用以檢測(cè)重整后混合氣的溫度。所述第一溫控表8控制所述電加熱絲7的加熱功率進(jìn)而控制外置低溫燃料重整器6的重整溫度，所述電加熱絲7、第一溫控表8與位于外置低溫燃料重整器6出口端的熱電偶5形成閉環(huán)回路控制調(diào)控燃料的重整溫度，用以燃料低溫重整。

初始燃料由所述燃料注射泵14以勻速經(jīng)燃料進(jìn)樣管15進(jìn)入到燃料汽化罐9中進(jìn)行汽化，汽化后的燃料導(dǎo)入所述外置低溫燃料重整器6中，其中的流量控制是由所述燃料注射泵14實(shí)現(xiàn)的；與此同時(shí)，由所述空氣瓶13提供的新鮮空氣在氣體流量計(jì)12調(diào)控流量下經(jīng)空氣進(jìn)氣管11進(jìn)入到所述外置低溫燃料重整器6中；在所述外置低溫燃料重整器6中，汽化后的燃料與新鮮空氣混合進(jìn)行低溫重整形成低溫產(chǎn)物；所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸1內(nèi)的噴油器控制氣缸內(nèi)燃油的噴入時(shí)刻及噴油量，重整后的低溫產(chǎn)物經(jīng)過重整氣氣管4進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管3中，再次與新鮮空氣混合形成均勻混合氣導(dǎo)入到所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸1中，并與缸內(nèi)直噴的燃料混合燃燒實(shí)現(xiàn)混合氣活性及濃度分層。

利用本發(fā)明低溫燃料重整燃燒裝置，通過調(diào)控重整器的邊界條件(溫度，壓力，當(dāng)量比等)可以得到不同活性的低溫氧化產(chǎn)物，例如：重整PRF90(異辛烷與正庚烷體積比為9)燃料，可以得到高活性物質(zhì)(過氧甲烷CH3O2H，羰基的過氧化物KETs等等)，也可以得到低活性物質(zhì)或者稱為抑制燃燒的物質(zhì)(甲醛CH2O，丙酮CH3COCH3等等)。因此可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況條件需求，通過調(diào)控重整器中的邊界條件(溫度，壓力，當(dāng)量比等)將其中的混合氣重整成所需活性的氧化階段產(chǎn)物，再與新鮮空氣混合導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)參與燃燒工作。實(shí)質(zhì)上低溫重整產(chǎn)物的導(dǎo)入改變了發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃料消耗的化學(xué)反應(yīng)路徑，進(jìn)而影響了發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的燃燒工作過程。

本發(fā)明基于發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合外置重整器的新型低溫燃料重整裝置實(shí)現(xiàn)了燃料的低溫重整，也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)混合氣濃度分層和活性分層燃燒，并且不需要添加催化劑，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)更加高效節(jié)能的運(yùn)行。

利用本發(fā)明低溫燃料重整燃燒裝置在下述幾種工況下的情形是：

針對(duì)低活性燃料或者發(fā)動(dòng)機(jī)處于低速小負(fù)荷工況條件，控制外置低溫燃料重整系統(tǒng)的邊界條件(溫度，壓力，當(dāng)量比等)使外置低溫燃料重整器6內(nèi)的燃料轉(zhuǎn)化成高活性的低溫重整產(chǎn)物，導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸1內(nèi)，再結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)直噴的新鮮燃料，實(shí)現(xiàn)混合氣濃度和活性分層燃燒。因?yàn)楦呋钚宰杂苫镔|(zhì)點(diǎn)火滯燃期短，更容易點(diǎn)火，與工作缸缸內(nèi)直噴燃料相互作用，促進(jìn)點(diǎn)火，保證了在低速小負(fù)荷條件下燃燒的穩(wěn)定性，從而擴(kuò)展了小負(fù)荷運(yùn)行區(qū)域。

對(duì)于高活性燃料或者發(fā)動(dòng)機(jī)處于大負(fù)荷/滿負(fù)荷工況條件下，同樣調(diào)控外置低溫燃料重整系統(tǒng)的邊界條件，將外置低溫燃料重整器6中的燃料低溫重整成低活性的重整產(chǎn)物(醛類，丙酮等等)，再導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)參與燃燒。因?yàn)榈蜏刂卣蟮幕旌蠚饣钚越档停饻计陂L(zhǎng)，通過與工作缸直噴高活性燃料混合實(shí)現(xiàn)混合氣活性與濃度耦合控制的高效清潔燃燒。

綜上，本發(fā)明是利用一套外置低溫重整系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況條件產(chǎn)生不同氧化階段的低溫重整產(chǎn)物，并且該重整系統(tǒng)不外加催化劑。本發(fā)明與其他相應(yīng)燃料重整技術(shù)方案最大的不同點(diǎn)在于是根據(jù)不同工況需求，通過對(duì)重整氧化反應(yīng)邊界條件控制，獲得不同重整氧化階段的中間產(chǎn)物，如產(chǎn)生過氧化物、醛、酮、CO、H2等中間產(chǎn)物。燃料經(jīng)重整后中間產(chǎn)物活性降低，不同氧化階段的中間產(chǎn)物重新與新鮮空氣混合后形成化學(xué)活性不同的混合氣，并與工作缸噴入的燃料再進(jìn)行燃燒反應(yīng)，從而僅采用單一燃料實(shí)現(xiàn)活性與濃度分層控制的高效清潔燃燒模式，從而實(shí)現(xiàn)了燃燒反應(yīng)路徑可調(diào)控制。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。